(57)【要約】【課題】  安定したBragg波長シフトが得られるファイバグレーティングモジュールを提供すること。【解決手段】  線膨張率が極めて大きいポリエチレン基板１にＶ溝２を形成し、ファイバグレーティング４を有するコア３がクラッド５の中央部に設けられた光ファイバ６を、ファイバグレーティング４がポリエチレン基板１上に位置するように光ファイバ６をＶ溝２にポリマー系の接着材で接着して一体化する。そして、ポリエチレン系材料の温度および膨張・伸縮をコントロールするための温度制御機構を設けてモジュールを構成する。ポリエチレン基板１を加熱（冷却）すると、線膨張率の大きなポリエチレン基板１は大きく膨張（収縮）する。このとき、ポリエチレン基板１に接着されて一体化しているファイバグレーティング４も伸縮（収縮）され、Bragg波長が長波長側（短波長側）にシフトすることとなる。【選択図】  図１
2005157299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファイバグレーティングがポリエチレンまたはポリエチレン系材料からなる保持体に熱的に接触して設けられており、加熱手段または冷却手段の少なくとも一方を備える温度制御手段を有し、当該温度制御手段により前記ファイバグレーティングのBragg波長のチューニングがなされることを特徴とするファイバグレーティングモジュール。
【請求項２】
前記保持体は、一方の面に前記ファイバグレーティングを載置する溝が設けられた板であることを特徴とする請求項１に記載のファイバグレーティングモジュール。
【請求項３】
前記保持体は、一方の面に各々が溝を有する第１および第２の板からなり、前記ファイバグレーティングは当該２枚の板に設けられた溝に挟みこまれて保持されていることを特徴とする請求項１に記載のファイバグレーティングモジュール。
【請求項４】
前記保持体は、前記ファイバグレーティングを格納する中空部を有する円柱であることを特徴とする請求項１に記載のファイバグレーティングモジュール。
【請求項５】
前記加熱手段は、前記保持体の外表面に設けられ通電により発熱する金属薄膜であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のファイバグレーティングモジュール。
【請求項６】
前記温度制御手段は、吸熱部と発熱部とを有する第１および第２のペルチェ素子からなり、当該第１のペルチェ素子は、前記第１の板の他方の面と前記吸熱部とが接触して設けられる一方、当該第２のペルチェ素子は、前記第２の板の他方の面と前記発熱部とが接触して設けられていることを特徴とする請求項３に記載のファイバグレーティングモジュール。
【請求項７】
前記保持体は、前記ファイバグレーティングを外周に巻回するための溝を有しているリングであることを特徴とする請求項１に記載のファイバグレーティングモジュール。
【請求項８】
前記ファイバグレーティングは、ポリマー系接着剤により前記保持体に固定されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載のファイバグレーティングモジュール。
【請求項９】
前記ファイバグレーティングは、熱により軟化もしくは溶融させた前記保持体に前記ファイバグレーティングを密着させ、冷却し再度硬化させることにより、前記保持体に固定されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載のファイバグレーティングモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファイバグレーティングモジュールに関し、より詳細には、安定したBragg波長シフトが得られるファイバグレーティングモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
ファイバグレーティングとは、光ファイバのコアの屈析率を周期的に変調させることにより分布帰還構造としたものであり、「Bragg波長」と呼ばれる波長近傍において、入射光の一部を反射光へと変換するものである。このようなファイバグレーティングの機能により、Bragg波長近傍の波長を有する光を反射させる「反射型光フィルタ」としても機能する。
【０００３】
Bragg波長λBは、コアの屈折率の変調周期Λと有効コア屈析率neffとに依存し、次式（１）により与えられる。
λB＝２neffΛ    ・・・（１）
【０００４】
一般に光フィルタは動作波長が可変であることが望ましいから、式（１）からわかるように、ファイバグレーティングのBragg波長を可変とするためには、変調周期Λまたは有効コア屈析率neffの少なくとも一方を変化させればよい。
【０００５】
変調周期Λを変化させるためには、ファイバグレーティングに力学的な伸張や圧縮を加えて歪みを付与する方法が考えられる。
【０００６】
歪みとBragg波長のシフト量△λBとの関係は次式（２）で与えられ（非特許文献１参照）、歪量εは次式（３）で与えられる。
（△λB／λB）＝０．７８ε    ・・・（２）
ε＝（△ｌFG／ｌFG）    ・・・（３）
ここで、ｌFGはファイバグレーティングの長さであり、ΔｌFGは伸張量（正値）もしくは圧縮量（負値）である。係数が１とならないのは、歪みの付与により屈析率が若干変化し、Bragg波長を逆方向にシフトする効果によるものである。式（２）によれば、例えばBragg波長が１５５０ｎｍ近傍にあるとすると、歪量εが±０．１％のときには、Bragg波長のシフト量が±１ｎｍ程度となることかわかる。
【０００７】
一方、有効コア屈析率neffを変化させるためには、コアに温度変化を与えればよい。温度変化△ＴとBragg波長のシフト量△λB関係は次式（４）で与えられる（非特許文献１参照）。
（△λB／λB）＝６．６７×１０−６ΔＴ    ・・・（４）
なお、コアに温度変化が生じることによるBragg波長の変化は、上述の屈析率変化に起因することのほか、熱膨張などにも起因して生じる。式（４）によれば、例えばBragg波長が１５５０ｎｍ近傍にあるとすると、±１００℃の温度変化でようやく±１ｎｍ程度のBragg波長のシフト量が生じることがわかる。
【０００８】
ファイバグレーティングの波長チューニング範囲は、一般に数ｎｍ程度は必要と考えられるが、コアに加える温度変化により数ｎｍレベルの波長チューニングを実行しようとすると、１００℃を越える温度変化が必要とされることとなるため実用的な方法ではない。従って、一般的な波長チューニング法としては、歪みを付与する方法が採用される。具体的な方法としては、電気的に制御されるピエゾ素子を用いたアクチュエータでファイバグレーティングを圧縮または伸張する方法が知られており、ファイバグレーティングを圧縮することで、２．５ｍｍ長のファイバグレーティングのBragg波長を短波長側へ４５ｎｍシフトさせた例（非特許文献２）や、ファイバグレーティングを伸張することで、長さ１０ｍｍのチャープファイバグレーティングの反射帯域を全体的に７ｎｍだけ長波長側にシフトさせた例（非特許文献３）などがある。
【０００９】
【非特許文献１】A. D. Kersey et al., “Fiber grating sensors”, IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology, vol.15, no.8, pp.1442-1463 (1997).
【非特許文献２】A. Iocco et al., “Bragg grating fast tunable fiber for wavelength division multiplexing”, IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology, vol.17, no.7, pp.1217-1221 (1999).
【非特許文献３】T. Inui et al., “Highly efficient tunable fiber Bragg grating filters using multilayer piezoelectric transducers”, Optics Communications, vol.190, no.7, pp.1-4 (2001).
【非特許文献４】国立天文台編「理科年表２００３年度版」（丸善、pp.399-400、(2003）．
【非特許文献５】T. Yamamoto et al., “270-360 GHz tunable beat signal light generator for photonic local oscillator”, Electronic Letters, vol.38, no.15, pp.795-797 (2002).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のように、数ｍｍ程度の長さのファイバグレーティングのBragg波長を電気的に制御する技術が提案されてはいるものの、現実のファイバグレーティングの長さは数ｍｍ程度にはとどまらないのが実情である。一般に、ファイバグレーティングの帯域を狭くするためにはその長さを長くする必要があり、また、分散補償用チャープファイバグレーティングの場合も分散補償量の増大のためにはその長さを長くする必要がある。このため、長さが１００ｍｍに及ぶファイバグレーティングも現実に作製されている。
【００１１】
式（３）からわかるように、グレーティング長が長くなると、同じ波長シフト量を得るためにはアクチュエータの変位量を大きくする必要がある。しかしながら実際には、ピエゾ素子を用いたアクチュエータの変位量は数十μｍ程度であるため、グレーティング長が長くなるにつれて波長シフト量は小さくなってしまう。例えば、上記例のように２．５ｍｍ長のファイバグレーティングで４５ｎｍのシフト量が得られたとしても、グレーティング長が１００ｍｍになるとシフト量は１ｎｍ程度となってしまう。また、グレーティング長が１００ｍｍにもなるとその圧縮自体も困難となる。このような理由により、長尺化したファイバグレーティングのBragg波長を広範囲にわたってチューニングすることは困難な状況にある。
【００１２】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、安定したBragg波長シフトが得られるファイバグレーティングモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ファイバグレーティングモジュールであって、ファイバグレーティングがポリエチレンまたはポリエチレン系材料からなる保持体に熱的に接触して設けられており、加熱手段または冷却手段の少なくとも一方を備える温度制御手段を有し、当該温度制御手段により前記ファイバグレーティングのBragg波長のチューニングがなされることを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のファイバグレーティングモジュールにおいて、前記保持体は、一方の面に前記ファイバグレーティングを載置する溝が設けられた板であることを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のファイバグレーティングモジュールにおいて、前記保持体は、一方の面に各々が溝を有する第１および第２の板からなり、前記ファイバグレーティングは当該２枚の板に設けられた溝に挟みこまれて保持されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のファイバグレーティングモジュールにおいて、前記保持体は、前記ファイバグレーティングを格納する中空部を有する円柱であることを特徴とする。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載のファイバグレーティングモジュールにおいて、前記加熱手段は、前記保持体の外表面に設けられ通電により発熱する金属薄膜であることを特徴とする。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項３に記載のファイバグレーティングモジュールにおいて、前記温度制御手段は、吸熱部と発熱部とを有する第１および第２のペルチェ素子からなり、当該第１のペルチェ素子は、前記第１の板の他方面と前記吸熱部とが接触して設けられる一方、当該第２のペルチェ素子は、前記第２の板の他方面と前記発熱部とが接触して設けられていることを特徴とする。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、請求項１に記載のファイバグレーティングモジュールにおいて、前記保持体は、前記ファイバグレーティングを外周に巻回するための溝を有しているリングであることを特徴とする。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７の何れかに記載のファイバグレーティングモジュールにおいて、前記ファイバグレーティングは、ポリマー系接着剤により前記保持体に固定されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項９に記載の発明は、請求項１乃至７の何れかに記載のファイバグレーティングモジュールにおいて、前記ファイバグレーティングは、熱により軟化もしくは溶融させた前記保持体に前記ファイバグレーティングを密着させ、冷却し再度硬化させることにより、前記保持体に固定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明により、長尺のファイバグレーティングでも十分大きなBragg波長シフトを安定して得ることが可能となる。また、本発明のファイバグレーティングモジュールを用いることにより、従来技術では実現困難であった高機能光システムの実現が可能とな
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。  
本発明のファイバグレーティングモジュールは、線膨張率が極めて大きいポリエチレン系材料とファイバグレーティング（若しくはファイバグレーティングを設けた光ファイバ）とを一体化させ、ポリエチレン系材料の温度および膨張・伸縮をコントロールするための制御機構を設けてモジュールが構成されている。
【００２４】
本発明に用いられるポリエチレン系材料は、一般材料の中でも線熱膨張係数αが極めて大きく、光ファイバの材料であるガラスの１０倍以上の線膨張係数αを有しており、ｌ（Ｔ）を温度Ｔでの長さとして、次式（５）で与えられる（非特許文献４参照）。
α＝（１／ｌ）・（ｄｌ／ｄＴ）    ・・・（５）
【００２５】
ファイバグレーティングとポリエチレン系材料との一体化の態様は所望により自由に変更・設計が可能であるが、例えば、ポリエチレン基板に溝を形成し、その溝部にファイバグレーティングを接着させることで一体化する。この状態でポリエチレン基板を加熱すると、線膨張率の大きなポリエチレン基板は大きく膨張する。このとき、ポリエチレン基板に接着されて一体化しているファイバグレーティングも伸縮され、Bragg波長が長波長側にシフトすることとなる。これとは逆に、ポリエチレン基板を冷却すると、線膨張率の大きなポリエチレン基板は大きく収縮し、ファイバグレーティングも収縮を受けてBragg波長が短波長側にシフトすることとなる。
【００２６】
このような加熱は、市販の小型ヒータや小型冷却機を用いることとしてもよいが、例えば、ニクロム線等による抵抗加熱やペルチェ素子で行い、冷却は、ペルチェ素子で行うこととすれば、素子に流す電流値により容易に温度制御が可能である。
【００２７】
上述のモジュール構成は、原理的には、ファイバグレーティングの長さに応じたポリエチレン系材料を用意するだけで本発明の効果が得られるので、ファイバグレーティング長には無関係に、温度変化量に応じたBragg波長シフト量が得られるという顕著な利点がある。また、Bragg波長分布が一定であるユニフォームタイプのファイバグレーティングに限らず、Bragg波長が長手方向に変化する、いわゆるチャープファイバグレーティング（Chirped fiber Bragg grating）にも適用できる。
【００２８】
以下に実施例により、本発明をより詳細に説明する。
【実施例１】
【００２９】
図１は、本発明のファイバグレーティングモジュールの第1の構成例を説明するための図で、長さ１５０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ２ｍｍのポリエチレン基板１にＶ溝２を形成し、長さ１００ｍｍのファイバグレーティング４を有するコア３がクラッド５の中央部に設けられた光ファイバ６を、ファイバグレーティング４がポリエチレン基板１上に位置するように光ファイバ６をＶ溝２にポリマー系の接着材で接着している。
【００３０】
図２は、ファイバグレーティング４が図１のように搭載されたポリエチレン基板１を小型ヒータ上に配置して加熱した場合のBragg波長の温度依存性を説明するための図で、比較のため、式（４）に基づいて計算した単一ファイバグレーティングの温度依存性特性を同時に示している。
【００３１】
ファイバグレーティング４をポリエチレン基板４に接着した本実施例のBragg波長は、約０．１５ｎｍ／℃の割合で単調増加するようにBragg波長が変化しているのに対して、単一ファイバグレーティングを加熱した場合の温度依存性は、約０．０１ｎｍ／℃であり、Bragg波長の変化は極めて小さい。
【００３２】
このように、本発明のファイバグレーティングモジュールは、僅かな温度変化でも大きなBragg波長シフトを得ることができるため、安定的なBragg波長シフトが可能となる。
【００３３】
なお、ポリエチレン基板１に設ける溝の形状はＶ形で有る必要はなく、例えばＵ溝などのような形状であってもよい。また、ファイバグレーティング４を設けた光ファイバ６は樹脂被覆されたものであってもよいことはいうまでもない。
【実施例２】
【００３４】
図１に示した構成では、光ファイバ６のファイバグレーティング４に対応する箇所をポリエチレン基板１に接着しているが、このような状態では、ファイバグレーティング４に生じる歪みは、基板との接着面側にのみ大きくなる恐れがある。このような異方的な歪の発生があると、複屈折が生じて偏波分散が生じる可能性がある。
【００３５】
図３は、このような問題を解決するための、本発明のファイバグレーティングモジュールの第２の構成例を説明するための図である。この構成は、図１に示した構成のモジュールに、さらに、Ｖ溝２´を形成した第２のポリエチレン基板１´を設け、２つのポリエチレン基板（１および１´）で光ファイバ６（すなわち、ファイバグレーティング４）を覆うように密着させて一体化している。なお、第２のポリエチレン基板１´も、ポリエチレン基板１と同様に、小型ヒータ等の加熱・冷却部に密着させて固定される。
【実施例３】
【００３６】
図４は、上述した複屈折誘起を回避するための他の構成である、本発明のファイバグレーティングモジュールの第３の構成例を説明するための図で、この構成では、ファイバグレーティング４の周りに同心円状にポリエチレン層７を設け、このポリエチレン層７をチタン薄膜８でコートしている。なお、光ファイバとポリエチレン層７とは、接着剤等により密着されている。
【００３７】
この構成の場合には、ポリエチレン層７の外表面に設けられているチタン薄膜８に電流を流して発熱させ、ポリエチレン層７を長手方向（光ファイバ６の延在方向）に膨張させ、ファイバグレーティング４を伸張させることができる。
【００３８】
なお、ポリエチレン層７の外表面に設けられる膜はチタン薄膜である必要はなく、通電により発熱する材料であればよい。
【実施例４】
【００３９】
図５は、本発明のファイバグレーティングモジュールの第４の構成例を説明するための図で、この構成は、図３で示した実施例２のモジュール構成において、小型ヒータ等に替えて、ペルチェ素子９を上下のポリエチレン基板（１および１´）の各々に設けたものである。ペルチェ素子９には吸熱部（面）１０と放熱部（面）１１とがあり、一方の基板の表面には吸熱部（面）１０が接触するように、また、他方の基板の表面には放熱部（面）１１が接触するように、ペルチェ素子９を張り付ける。
【００４０】
このような構成をとれば、基板表面に吸熱部（面）１０が接触しているペルチェ素子９に電流を流せばこの基板は冷却されてファイバグレーティング４のBraggは波長は短波長側にシフトする一方、基板表面に放熱部（面）１１が接触しているペルチェ素子９に電流を流せばこの基板は加熱されてファイバグレーティング４のBraggは波長は長波長側にシフトすることとなる。
【００４１】
以上説明したように、本発明により、長尺のファイバグレーティングでも十分大きなBragg波長シフトを安定して得ることが可能となる。また、本発明のファイバグレーティングモジュールを用いることにより、従来技術では実現困難であった高機能光システムの実現が可能となる。例えば、ピエゾアクチュエータにより波長可変機能を付与したファイバグレーティングモジュールを２台用い、広帯域な光スペクトルから任意の縦モードを２本切り出して数百ＧＨｚの周波数のビート光を発生するシステムが知られているが、このシステムのBragg波長のチューニング範囲は１ｎｍ程度であるため周波数の可変範囲は狭い（非特許文献５）。しかし、本発明のファイバグレーティングモジュールによれば、周波数可変範囲の拡大化が可能となるのみならずシステムの信頼性も向上する。
【実施例５】
【００４２】
図６は、本発明のファイバグレーティングモジュールの第５の構成例を説明するための図で、ポリエチレンリング１２の外周および内周にそれぞれＶ溝２ａおよびＶ溝２ｂを形成し、ファイバグレーティング４を有する光ファイバ６をポリエチレンリング１２の外周のＶ溝２ａに沿ってポリマー系の接着材で接着し、ニクロム線１３をＶ溝２ｂに沿って取り付けている。
【００４３】
このような構成をとれば、ニクロム線１３に電流を流すことによりポリエチレンリング１２が膨張し、光ファイバ６に形成されているファイバグレーティング４が伸張され、Ｂｒａｇｇ波長が長波長側にシフトすることになる。そのシフト量はニクロム線１３に流す電流により制御可能である。
【００４４】
尚、上記実施例において、ファイバグレーティングは、熱により軟化もしくは溶融させた保持体の表面、または保持体に形成された溝あるいは中空部にファイバグレーティングを密着させ、当該部分を冷却し再度硬化させることにより、保持体に固定されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、安定したBragg波長シフトが得られるファイバグレーティングモジュールの提供を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明のファイバグレーティングモジュールの第1の構成例を説明するための図である。
【図２】ファイバグレーティングを図１のように搭載したポリエチレン基板を小型ヒータ上に配置して加熱した場合のBragg波長の温度依存性を説明するための図である。
【図３】本発明のファイバグレーティングモジュールの第２の構成例を説明するための図である。
【図４】本発明のファイバグレーティングモジュールの第３の構成例を説明するための図である。
【図５】本発明のファイバグレーティングモジュールの第４の構成例を説明するための図である。
【図６】本発明のファイバグレーティングモジュールの第５の構成例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４７】
１    ポリエチレン基板
２    Ｖ溝
３    コア
４    ファイバグレーティング
５    クラッド
６    光ファイバ
７    ポリエチレン層
８    チタン薄膜
９    ペルチェ素子
１０    吸熱部（面）
１１    放熱部（面）
１２    ポリエチレンリング
１３    ニクロム線
【図１】
2005157299.tif 000003
【図２】
2005157299.tif 000004
【図３】
2005157299.tif 000005
【図４】
2005157299.tif 000006
【図５】
2005157299.tif 000007
【図６】
2005157299.tif 000008